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煤氣化污水單塔加壓處理脫酸脫氨工藝

2022-03-15 10:00:18 3

  在煤制甲醇、煤制油、合成二甲醚等煤炭深加工中,煤炭氣化是煤炭進(jìn)行轉(zhuǎn)化的有效途徑之一。在此過程中會(huì)排放出大量的污水,其中包含大量的酚、二氧化碳、硫化氫、氨和多種有機(jī)質(zhì)。如果直接對(duì)這些污水進(jìn)行排放,就會(huì)對(duì)環(huán)境造成非常大的污染。因此需要進(jìn)行脫酸、氨、酚處理。目前在實(shí)際脫除工藝處理中,很難達(dá)到良好的脫除效果,廢水的排放質(zhì)量也很難保證。如果采用單塔加壓汽提工藝,則可以有效解決該問題。

  1、煤氣化廢水體系的特點(diǎn)

  通過對(duì)煤氣化長污水排放的成分監(jiān)察,發(fā)現(xiàn)其中酚和氨的濃度往往會(huì)比較高,污水的pH值在9以上。其中酚屬于一種劇毒物質(zhì),如果水體中的酚含量超過了一定的濃度,有機(jī)生物將難以生存。由于這些物質(zhì)會(huì)對(duì)環(huán)境造成非常大的傷害,因此需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的污水處理,有效脫除其中的酚、氨,這樣才能進(jìn)入下一步的生化處理段。

  在傳統(tǒng)的煤氣化水處理過程中,經(jīng)常通過脫酸塔來去除其中的酸性氣體,然后采用二異丙醚來萃取脫酚,之后再采用蒸氨法來去除其中的氨,利用萃取劑進(jìn)行回收。在將其中的酸性成分、氨和酚回收完畢后,再進(jìn)行生化處理。雖然該處理工藝已經(jīng)得到了多年的實(shí)際應(yīng)用,但還是有不完善之處。在脫酸塔脫除其中大量的酸后,溶液的pH值會(huì)集中在9到10.5之間,這會(huì)極大影響到酚的脫除效果。如果污水的pH值超過了12,酚就基本上不能被脫除,這會(huì)對(duì)后續(xù)的生化處理有非常大的影響。因此,需要在萃取酚之前有效去除其中的酸性氣體和氨,這樣才能讓污水的pH值保持在一個(gè)比較合適的范圍,滿足生化處理對(duì)酚的要求。

  為了有效解決這個(gè)問題,設(shè)計(jì)了一種單塔測(cè)抽氨的設(shè)備,可以同時(shí)去除污水中的氨和酸性成分,是一種比較理想的處理工藝。該工藝在石油煉化生產(chǎn)中已經(jīng)得到了成功的應(yīng)用,單煤氣化水體系和石化行業(yè)中廢水成分并不相同:

  1)煤氣化污水的成分更為復(fù)雜。煤氣化水中的成分主要以CO2為主,其中硫化氫的量往往較低,CO2在常溫下水中的溶解度更低,因此如果采用汽提的方法更容易脫除其中的酸性氣體。此外,石化廢水中的氨成分往往會(huì)比較復(fù)雜,其中除了存在游離態(tài)的氨之外,還存在大量離子態(tài)的氨。

  2)煤氣化污水中酚類物質(zhì)濃度更多,且成分更為復(fù)雜。

  3)煤氣化廢水中含有一定量的脂肪酸和油類物質(zhì)。其中脂肪酸的成分濃度較高,還有很多細(xì)小的粉塵不能完全沉降分離。在實(shí)際生產(chǎn)的過程中,各種有機(jī)質(zhì)和粉塵進(jìn)行混合,很容易發(fā)生乳化反應(yīng),讓設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象,堵塞塔板和管道,從而大大影響汽液的傳質(zhì)效率,降低對(duì)污水的處理能力。

  2、單塔汽提側(cè)線脫氨的工藝原理

  在該工藝中,主要是利用了汽提塔內(nèi)上下的溫差,和酸性氣體和氨在水中溶解度的特性,從而有效達(dá)到分離的目的。在壓力為0.5MPa的狀態(tài)下,CO2在60°下?lián)]發(fā)度大于氨的揮發(fā)度,而氨在溶液中的溶解度要大于CO2的溶解度。因此,在進(jìn)入到汽提塔酸性氣體的精餾段,會(huì)使大量的水蒸氣和氨轉(zhuǎn)入液相而隨液體向下流動(dòng)。大部分的CO2等酸性氣體會(huì)被汽提到塔頂處得以去除。如果對(duì)塔體的溫度進(jìn)行有效的控制,塔的中部會(huì)形成氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大的液相和富氨汽,這些富氨汽將從塔中間側(cè)線采出并采用三級(jí)冷凝進(jìn)行進(jìn)一步的濃縮。在有效去除污水中酸性氣體和氨后,能夠有效降低污水的pH值,有利于后續(xù)萃取工藝的順利進(jìn)行。

  在該工藝的實(shí)際進(jìn)行中,對(duì)富氨抽出位置的選擇和抽出量的選取非常重要,這是汽提塔優(yōu)化過程中的一個(gè)重要量,其會(huì)直接影響塔的實(shí)際操作效果。為此,我將要在中對(duì)該量的選擇進(jìn)行重點(diǎn)的介紹。

  3、側(cè)線及其抽出位置的選擇

  根據(jù)實(shí)際對(duì)工藝裝置的研究中發(fā)現(xiàn),側(cè)線富氨汽采出的位置與塔頂氣相采出氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)、塔底凈化水中的氨存在著一定的關(guān)系。隨著側(cè)線采出位置的下移,塔頂氣中中氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì),這會(huì)有利于氨的脫除。但如果其采出位置下降超過了一定的值,塔底中的氨成分含量會(huì)急劇上升。由于塔內(nèi)的溫度從上到下是逐漸升高的,因此側(cè)線位置的選擇應(yīng)該考慮到塔的實(shí)際分離效果,如果將位置適當(dāng)?shù)纳弦疲瑫?huì)讓側(cè)富氨汽會(huì)帶走更少的熱,從而減少塔的熱負(fù)荷。但如果過于考上,就會(huì)對(duì)酸性氣體成分的分布造成較大的影響。在通常的情況下,如果側(cè)線的位置越高,氨中酸性氣體的成分含量會(huì)有增加的趨勢(shì),因此在確定側(cè)線的位置時(shí),應(yīng)該綜合考慮多種因素。

  4、側(cè)線采儲(chǔ)量

  側(cè)線氨的采出量將影響塔下部汽提的強(qiáng)度和蒸汽的消耗量。隨著抽出量的逐漸增加,塔底凈化水氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)也會(huì)呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。當(dāng)側(cè)線的采取量超過進(jìn)料量的9%時(shí),塔底凈化水中氨的質(zhì)量濃度會(huì)低于100mg/L,水質(zhì)情況得到明顯的好轉(zhuǎn)。如果繼續(xù)增加采出量,蒸汽的單耗和側(cè)線的凝液量也會(huì)隨之增加,循環(huán)液中的氨含量也會(huì)有所增加,因此過分加大側(cè)線抽出量是不合適的。在通常的情況下,會(huì)將側(cè)線抽出量維持在進(jìn)料總質(zhì)量的9%左右。

  5、三級(jí)冷凝系統(tǒng)

  三級(jí)分凝系統(tǒng)主要用于脫除氨中的酸性氣體和水蒸氣,從而提高氣相中氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。因此需要做好對(duì)操作溫度和操作壓力的控制,這對(duì)提高三級(jí)分凝系統(tǒng)出口處氨氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和降低其中酸性氣體的含量,有較大的作用,有效降低后續(xù)氨精制系統(tǒng)負(fù)荷,對(duì)三級(jí)分凝液的循環(huán)量液也會(huì)有較大的影響。在通常的情況下,較低的溫度和較高的溫度將更有利于氨的濃縮。根據(jù)后續(xù)氨精制工藝的要求,一般會(huì)將溫度選擇在40~50℃。在經(jīng)過3級(jí)分凝后,氨中的酸性氣體和揮發(fā)酚就會(huì)全部溶解在分凝液中,并最終返回到單塔系統(tǒng),氨在濃縮后的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以達(dá)到99%以上,為后續(xù)的氨精制打下了一個(gè)非常好的基礎(chǔ)。

  6、實(shí)際工業(yè)運(yùn)行分析

  該工藝在實(shí)際生產(chǎn)過程中,已經(jīng)替代了原有的工藝流程。該加壓塔的設(shè)計(jì)處理量為80t/h,該塔直徑為2.2m,塔高為37m。經(jīng)過長時(shí)間的生產(chǎn)研究,最終將塔頂?shù)膲毫x定在0.6MPa,塔底的溫度為160℃,塔頂?shù)倪\(yùn)行溫度為80℃,側(cè)線抽出量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為9%。該工藝在進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行段后,原來工藝處理后廢水中氨和二氧化碳的質(zhì)量濃度分別為450mg/L和1500mg/L。在新的工藝流程中,氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降到30mg/L,二氧化碳的含量已經(jīng)非常少。經(jīng)過工藝改造后,廢水的pH值得到了顯著的降低,可以維持在7左右,有利于后續(xù)萃取工藝的進(jìn)行。

  為了對(duì)采出口的數(shù)量和位置進(jìn)行確定,使用了相關(guān)的工藝模擬軟件。結(jié)果表明,在采用3個(gè)采出口后,切換采出側(cè)線的位置對(duì)實(shí)際操作影響并不大。之后的工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐,也非常好的證實(shí)了該結(jié)論,因此僅設(shè)計(jì)1~2個(gè)側(cè)線采出口即可。

  采用進(jìn)料板的第28塊板采出,通過對(duì)側(cè)線采出富氨汽的分析,經(jīng)過軟件模擬的結(jié)果和實(shí)際結(jié)果,氨氣中的二氧化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.5%和0.9%,而氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.9%和15.7%。側(cè)線氨氣的氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,這樣更有利于氨的濃縮和提純,軟件模擬結(jié)果可以很好反應(yīng)側(cè)線氨氣的實(shí)際組成。

  7、結(jié)語

  在傳統(tǒng)對(duì)煤化氣污水中,往往難以得到很好的處理效果。如果采用汽提塔煤氣化廢水處理系統(tǒng),將側(cè)線的抽出量控制在9%左右,就可以得到較好的處理效果,能夠有效清除廢水中的酸性氣體和氨,并降低污水的pH值,這非常有利于后續(xù)工藝的進(jìn)行。該工藝在實(shí)際的使用過程中,對(duì)各種參數(shù)的選擇非常重要,尤其是對(duì)抽出量和位置的選擇。在實(shí)際選擇的過程中,應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇,如果有條件,可以進(jìn)行工藝生產(chǎn)軟件模擬,從而找到最佳的量,達(dá)到理想的工藝處理效果。(來源:蒲城清潔能源化工有限責(zé)任公司)

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